CN101411178B - 暗视装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在夜间或恶劣天气下能够辅助性地扩大视野，可从装置的周边到远方得到灵敏度高的图像的暗视装置。暗视装置具备：前照灯(2)，其由1或2个以上的光源(2A～2C)构成，在可见光区域的波长光谱中具有多个峰值，发出可见光区域到红外光区域的光；接收由所述前照灯(2)发出的光的摄像照相机(3)；和仅屏蔽多个峰值中的一部分峰值的光学带阻滤波器(30)；使摄像照相机(3)拍摄的图像通过光学带阻滤波器(30)，来获得输出图像。
Description
技术领域
本发明涉及暗视装置，尤其涉及一种可改变夜间等的视野的、作为利用了可见光区域到红外光区域的光的车载用暗视装置合适的暗视装置。
背景技术
以往，为了辅助夜间行驶时的视觉辨认性，公知有一种利用朝向自身车辆的前方等行驶方向发出可见光和红外光的前照灯那样的照明装置来照射光，通过照相机的摄像元件拍摄来自被摄体的反射光，从而将其图像显示于车内的监视器的车载用暗视装置。
例如，在特开2004-142561号公报中记载了下述内容，作为对射出从紫外区域到红外光区域的波长的光的光源，利用两个滤波器吸收380nm～780nm的可见光区域的光，并且透过780nm以上的红外光区域的光的构成，可以将红外透过光放映为不带红色的图像，在对方行驶车辆的驾驶者不感到眩晕的情况下，扩大了夜间或恶劣天气时的视野。
而且，在特开2003-259363号公报中公开了一种下述的方法，即按照不产生来自高亮度发光源的晕光的方式，通过进行使成为晕光的原因的高亮度部分的亮度下降的数据处理，来降低图像中的晕光，从而会容易地观察到隐藏在晕光的影子中的行人等障碍物。
并且，在该暗视装置中，不断开发一种通过利用红外光来拍摄无法目视的远方的信息，并利用可见光进行自身车辆周边的信息的拍摄，将这两方的信息显示到车内的显示器的车载用暗视装置。
不过，如果像特开2004-142561号公报那样吸收可见光整个区域的光，则由于所显示的图像成为仅基于红外透过光的图像，所以，如果像自身车辆附近存在的行人等障碍物的检测及白线确认那样，根据可见光区域的信号显示自身车辆周边的图像，则图像的灵敏度降低，存在着无法识别自身车辆周边的行人等障碍物、或无法确认自身车辆附近的白线的问题。另外，在如特开2003-259363号公报那样降低成为晕光的原因的高亮度部分的亮度的方法中，如图4A及图4B所示，由于成为晕光的原因的光源的峰值波长，存在于可见光区域整体，所以，结果会导致遍及整个可见光区域亮度降低，难以充分进行自身车辆周边的障碍物及白线的确认。
发明内容
本发明为了解决上述问题点而提出，其目的在于，提供一种在夜间或恶劣天气的情况下能够辅助性扩大视野，接收从可见光区域到红外光区域的光，能够从远方到装置附近得到高灵敏度图像的暗视装置。
本发明涉及一种暗视装置，具备：照明装置，其由1或2个以上的光源构成，在可见光区域的波长光谱中具有多个峰值，发出可见光区域到红外光区域的光；接收由该照明装置发出的光的摄像照相机；和仅屏蔽所述多个峰值中的一部分峰值的光学带阻滤波器；利用穿过所述光学带阻滤波器后被所述摄像照相机拍摄的图像，得到输出图像。
这里，优选所述峰值存在3个以上，利用所述光学带阻滤波器仅屏蔽所述3个以上峰值中的强度最高的峰值。而且，优选所述峰值存在3个以上，利用所述光学带阻滤波器仅屏蔽所述3个以上峰值中的强度最高的峰值及强度第二高的峰值。
并且，在所述光源是高压放电灯(HID照明光源)的情况下，优选所述光学带阻滤波器的遮光带域在波长域490～570nm、或在波长域530～610nm中具有屏蔽率的半值。
进而，优选所述光学带阻滤波器的遮光带域宽度为50～100nm。
另外，优选光学带阻滤波器具有两个屏蔽率为半值的波长即屏蔽波长不同的遮光带域。
此外，本发明涉及一种搭载有上述暗视装置的暗视装置搭载车辆。
并且，本发明涉及一种搭载有上述暗视装置的暗视装置搭载小型船舶。
根据本发明，通过对于发出可见光区域到红外光区域的光的所述照明装置，使用仅屏蔽可见光区域的多个峰值中的一部分峰值的光学带阻滤波器，不仅可确保可见光区域的峰值灵敏度，而且能够实现与红外光区域的峰值强度的平衡，能够以高灵敏度得到基于红外光区域的峰值强度的远方的图像、和基于可见光区域的峰值强度的装置附近的图像双方。而且，如果使用光学带阻滤波器，则不会因为从对向行驶车的近光灯等外部发出的可见光而在暗视装置上发生晕光，例如还能够抑制难以发现在具备本发明的暗视装置的自身车辆周边存在的行人等障碍物。因此，由于用于在图像显示部显示等所必须的输出图像，从装置附近到远方都是鲜明的，所以，扩大了暗视装置的视野。
由摄像照相机接收的从近光灯发出的可见光区域的光与红外光区域的光相比，由于对象物更接近自身车辆存在，所以，具有峰值强度高的倾向，相反，来自红外用光源的光的受光强度具有变低的倾向。另一方面，如果观察从前照灯的近光灯光源发出的光的波长光谱的详细情况，则遍及可见光区域的整个波长，存在几个高亮度的峰值，利用这些峰值强度可以得到来自近光灯的自身车辆周边信息。
在本发明中，针对这些来自近光灯用光源的高亮度的所有峰值，不减少存在峰值的波长的峰值强度，通过只对成为提高这些图像峰值强度的高亮度的原因的高亮度峰值中的一部分峰值，减少存在峰值的波长的峰值强度，进行屏蔽，由此可以实现可见光区域的图像的灵敏度与红外光区域的图像灵敏度的平衡，能够鲜明地确认从自身车辆的周边到远方的广阔区域中的信息。
这里，所述峰值存在3个以上，通过利用所述光学带阻滤波器仅屏蔽了所述3个以上峰值中的强度最高的峰值，或仅屏蔽所述3个以上峰值中的强度最高的峰值及强度第二高的峰值，不仅可以维持可见光区域的图像灵敏度，而且能够实现与红外光区域的图像强度的平衡。
而且，在所述光源是高压放电灯(HID照明光源)的情况下，通过所述光学带阻滤波器的遮光带域在波长域490～570nm、或在波长域530～610nm中具有屏蔽率的半值，不仅可维持可见光区域的灵敏度，而且能够实现红外光区域的图像强度的平衡。
并且，通过所述光学带阻滤波器的遮光带域宽度为50～100nm，可以不降低可见光区域的灵敏度。
进而，通过所述光学带阻滤波器具有两个屏蔽率为半值的波长即屏蔽波长不同的遮光带域，可以在两个遮光带域屏蔽峰值。
另外，通过在车辆中搭载本发明的暗视装置，可以使驾驶者直接视觉确认由暗视装置获得的图像信息、或通过声音、光或振动警告驾驶者探测到了例如路上的障碍物或其他车辆等、或者根据由暗视装置得到的图像信息控制车辆的动作。
并且，通过在小型船舶中搭载本发明的暗视装置，可以使操纵者直接视觉确认由暗视装置获得的图像信息、或通过声音、光或振动警告操纵者探测到了例如暗礁等障碍物、其他船舶或其他小型船舶等。
附图说明
本发明的目的、特色及优点通过下述的详细说明和附图可以更加明了。
图1A是本发明的暗视装置的优选例子的搭载了车辆用暗视装置的车辆的概略主视图，图1B是搭载了车辆用暗视装置的车辆的概略侧视图。
图2是图1A及图1B的车辆中搭载的车辆用暗视装置的模块电路图。
图3A是表示本发明所涉及的红外用照明光源的一个例子的剖面图，图3B是分解立体图。
图4A是表示某个HID灯的发光特性的波长光谱，图4B是表示其他的HID灯的发光特性的波长光谱。
图5是表示光学带阻滤波器的透过特性的一个例子的波长光谱。
图6A是通过具有图5的透过特性的光学带阻滤波器得到图4A的HID灯的光的修正后的光的波长光谱，图6B是通过具有图5的透过特性的光学带阻滤波器得到图4B的HID灯的光的修正后的光的波长光谱。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
图1A及图1B是表示本发明所涉及的暗视装置的优选例子的搭载了车辆用暗视装置的车辆1的一个例子，图1A是概略主视图，图1B是概略侧视图。
根据图1A及图1B，在车辆1的前部设置有前照灯2作为照明装置。该前照灯2由远光灯(high beam)用光源2A、近光灯(low beam)用光源2B及红外用光源2C构成，红外用光源2C被设置在车辆中央侧。
而且，如图1A及图1B所示，在车辆1内部的驾驶席前部的后视镜部设置有摄像照相机3，其具有从可见光区域到红外光区域的灵敏度。即，摄像照相机3对从可见光区域到红外光区域范围的光进行检测。在该车辆内部设置有控制器4，如图2所示，控制器4被输入来自车速传感器5的车速信号和来自舵角传感器6的舵角信号，并且，从摄像照相机3输入图像信号。
该控制器4具有图像处理部7，图像处理部7对来自摄像照相机3的图像信号进行处理，输出给车辆1内部的设置于驾驶席前部的图像显示部即显示器8，在该显示器8上显示根据摄像照相机3所拍摄的影像的图像。而且，控制器4不仅具有根据来自车速传感器5的车速信号、和来自舵角传感器6的信号来改变摄像照相机3的朝向的功能，而且，例如在前方存在行人等障碍物的情况下，还可以向扬声器9或变向指示灯10等警告报知机构发送适当信号。
另外，图2中记载了将输出图像输出到作为图像显示部即显示器8的例子，但本发明不限定于上述的例子，除了图像显示部之外，还可以将输出图像输出给车辆控制***、或输出给设置于车辆内的记录装置、还能够发送给导航***等通信***。
而且，对于摄像照相机3的详细情况，图3A表示了概略立体图，图3B表示了图3A的A-A剖面图，摄像照相机3主要具备：汇聚被摄体光的镜头部件12(第一镜头12a、第二镜头12b及第三镜头12c)、使来自镜头部件12的光成像并变换为电信号的摄像元件13、和搭载摄像元件13的摄像基板14，透镜部件12与摄像基板14在保持规定的间隙的状态下重合，被固定销18固定，第一镜头12a与前面侧壳体15的镜头保持部15a的被摄体侧的面触接，并被保持器23从被摄体侧抑止。
并且，保持器23例如通过粘接剂或焊锡被固定在镜头保持部15a的侧面。第二镜头12b及第三镜头12c被压入到在镜头保持部15a开口的开口部15b中，例如通过粘接剂或焊锡被固定。其中，可以在镜头部件12的适当位置设置蔽光器(mask)或光圈，也可以像第二镜头12b等那样由镜头保持部15a固定第一镜头12a的外周。
摄像元件13例如由CCD(电荷耦合元件：charge coupled device)图像传感器或CMOS(相辅型MOS)图像传感器(complementary MOS imagesensor)构成。摄像元件13被收纳在子基板24的腔室24a中，被玻璃盖(Glass Lid)25密封。在摄像基板14的与摄像元件13相反侧的面，设置有对来自摄像元件13的电信号进行处理的IC、电容器、线圈、电阻等电子部件(未图示)、及用于对连接摄像基板14和EUC(未图示)的线缆进行连接的连接器(未图示)等。并且，与连接器(未图示)连接的线缆被***到背面侧壳体部件(未图示)，与固定的外部连接器连接，进而向外部的线缆导出。
根据本发明，其较大的特征在于，从上述摄像照相机3的镜头部件12到摄像基板14之间，配置有光学带阻滤波器30。其中，在图3A及图3B中，将光学带阻滤波器30形成在镜头部件12与摄像基板14之间，但本发明不限定于此，也可以将第一镜头12a的外周形成在第二镜头12b等的镜头之间，或者配置在镜头部件12之前。
具体而言，在由玻璃构成的平板的一个主面形成了滤波器层，使用其作为光学带阻滤波器30。作为平板所采用的材料，可以使用含有10％二氧化硅、10％氧化硼、2％氧化钡、2％氧化锑、2％氧化钛、20％氧化锌的硼硅酸玻璃。在该硼硅酸玻璃的平板的一个主面，按顺序形成一层氧化铝(厚58nm)，交替地分别形成5层氧化钛(厚83nm)及二氧化硅(厚130nm)，形成一层氧化钛(83nm)，形成一层氧化铝(厚58nm)，从而构成光学带阻滤波器。当将在遮光带域的两端屏蔽率成为半值的波长设为屏蔽(cutoff)波长时，该光学带阻滤波器具有中心波长为570nm，两端的屏蔽波长分别为530nm及610nm的遮光带域的光学特性。
而且，以上的光学带阻滤波器的构成仅在平板的一个主面形成了滤波器层，但不限定于这样的构成，也可以在平板的两个主面形成滤波器层。该情况下，例如使形成于一个主面的滤波器层成为屏蔽波长为530nm及580nm的遮光带域的构成，使形成于另一个主面的滤波器层成为屏蔽波长为560nm及610nm的遮光带域的构成，由此，可以形成具有下述遮光带域的光学特性的光学带阻滤波器，所述遮光带域在光从一个主面通过另一个主面之前，两端的屏蔽波长分别为530nm及610nm。
并且，光学带阻滤波器也能通过在第一镜头12a、第二镜头12b或第三镜头12c的主面形成滤波器层来构成。另外，光学带阻滤波器还能够按照密封摄像元件13的方式，通过在安装于子基板24的上表面的玻璃盖25的主面形成滤波器层来构成，另外，还能够通过在摄像元件13表面的微透镜(未图示)的表面形成滤波器层来构成。
这里，图4A及图4B表示从前照灯2发出、被摄像照相机3接收的光的光谱的一个例子。如图4A及图4B所示，摄像照相机3主要接收两方的光谱，分别是：在380～780nm的可见光区域具有多个峰值，像白线识别等那样从用于获得自身车辆周边的信息的近光灯用光源2B发出、并被对象物反射的反射光的光谱；和在780nm以上的红外区域具有峰值，从用于获得夜间不能视觉辨认的远方信息的红外用光源2C发出、并被对象物反射的反射光的光谱。其中，虽然没有图示，但由摄像照相机3接收的反射光的强度，并不是仅由从光源发出的光的强度决定的，还被光源与对象物的距离左右，具体而言，光源与对象物的距离越长反射光的强度越弱。因此，来自用于观察远方对象物的红外用光源2C的光，与来自用于观察自身车辆周边的对象物的近光灯用光源2B的光相比，具有灵敏度变弱的倾向。
这里，图4A及图4B都接收作为近光灯用光源2B而使用的高压放电灯(HID照明光源)的光谱、和作为红外用光源2C而使用的卤素灯的光谱双方。其中，HID照明光源的光根据种类不同，光谱的波形不同。顺便，图4A是金属卤化物灯的一个例子，在可见光区域存在8个峰值，图4B是水银灯的一个例子，在可见光区域存在4个峰值。
根据图3A及图3B，在镜头部件12与摄像元件13之间设置有光学带阻滤波器30。另外，图5表示了光学带阻滤波器30的透过特性的一个例子，图5的光学带阻滤波器30在遮光带域530～610nm具有屏蔽率半值d。
并且，通过使摄像照相机3所接收的图4A及图4B的光，穿过图5的光学带阻滤波器30，可使摄像照相机3接收到的波长光谱的峰值(图4A为8个，图4B为4个)中只有一部分的峰值(图4A为2个，图4B为1个)被屏蔽为1.0×10-5μW/sr·cm2以下的能量强度。由此，被变换为图6A及图6B所示的波长光谱，显示于显示器8。
结果，对于前照灯2的光，不仅能够确保可见光区域的图像灵敏度，而且能够调整与红外光区域的图像强度，从而能够从可见光区域到红外光区域，以高灵敏度显示鲜明的图像。
即，在不使用光学带阻滤波器30的情况、或一个峰值都无法屏蔽的情况下，根据从近光灯用光源2B发出的光的装置周边信息的图像强度提高，相对地，根据从红外用光源2C发出的光的远方的信息的图像难以观察。相反，在利用滤波器屏蔽了应该存在于可见光区域的所有的峰值的情况下，会导致无法实现根据可见光区域的信号显示的自身车辆周边的障碍物的检测及白线确认。
这里如图5所示，在前照灯2的波长光谱中存在5个峰值以上的情况下，利用光学带阻滤波器30仅屏蔽这5个以上峰值中强度最高的峰值、和强度第二高的峰值这两个峰值，由此可以维持可见光区域的灵敏度，且对应红外光区域的强度地减少。
另外，虽然统一称为高压放电灯(HID照明光源)，但如图4A及图4B所示，根据种类具有不同的波长光谱，如果考虑作为近光灯用光源2B而一般所使用的高压放电灯(HID照明光源)的波长光谱，则光学带阻滤波器30的遮光带域在波长域490～570nm、或在波长域530～610nm中具有屏蔽率的半值d，这不仅可以维持可见光区域的灵敏度，而且能够有效地取得与红外光区域的图像强度的平衡。并且，光学带阻滤波器30的遮光带域宽度为50～100nm，这可以提高可见光区域中的图像的灵敏度。
而且，本实施方式中将红外用光源2C设置成与近光灯用光源2B独立的专用光源，但也可以形成与近光灯用光源2B兼用的构成。另外，红外用光源2C的滤波器的形状也不限定于此。
并且，本发明的暗视装置不限定于车辆用暗视装置，也可以优选应用于监视照相机等。
而且，可以将本发明的暗视装置搭载于车辆中。本发明的暗视装置搭载车辆与现有的暗视装置搭载车辆同样，可以使驾驶者直接视觉确认由暗视装置获得的图像信息、或通过声音、光或振动警告驾驶者探测到了例如路上的障碍物或其他车辆等、或者根据由暗视装置得到的图像信息控制车辆的动作。
另外，本发明的暗视装置搭载车辆具体是火车、电气列车、汽车等用于输送旅客或货物的车，当然还可以通过在自行车、带发动机的自行车、游乐园的设备、高尔夫球场的载人车等车辆中搭载本发明的暗视装置来实现。
并且，本发明的暗视装置可搭载于小型船舶中。本发明的暗视装置搭载小型船舶与以往同样，可以使操纵者直接视觉确认由暗视装置获得的图像信息、或通过声音、光或振动警告操纵者探测到了例如暗礁等障碍物、其他船舶或其他小型船舶等。
另外，本发明的暗视装置搭载小型船舶具体是能够以小型船舶的执照或没有执照均可进行操纵的船舶，可通过在总吨数小于20吨的船舶，即手划艇、小游艇、水上摩托艇、搭载船外机的小型汽艇、搭载船外机的充气船(橡胶船)、渔船、远洋渔船、作业船、屋形船、游船、运动船、帆船、外海帆船、巡航型快艇或总吨数20吨以上的汽艇等小型船舶中，搭载本发明的暗视装置来实现。
实施例
准备在摄像照相机内设置了光学带阻滤波器的车辆，该光学带阻滤波器不仅具有表示图6A及图6B的发光特性的前照灯光源，而且具有表1的遮光带域，按照在夜间使该车辆停止在左侧有白线的道路上，且在白线附近站立着穿着白色衣服的人来作为障碍物的方式进行设定。然后，当点亮自身车辆的近光灯用光源和红外用光源双方时，在距离该车辆150m的前方位置放置对向行驶车，并坐在该车辆的驾驶席利用自身车辆的暗视装置的显示器观察点亮了前照灯的对向行驶车，判定能否确认穿着白色衣服的人的存在。
而且，当坐在该车辆的驾驶席，点亮自身车辆的近光灯用光源和红外用光源双方时，对自身车辆的暗视装置的显示器上映出的图像进行确认，并针对该图像评价能否确认位于左侧的白线。结果表示于表1。其中，样本No.3相当于使以图4A的波长光谱受光的高压放电灯(HID照明光源1：HID1)的光通过图5的光学带阻滤波器，修正为图6A的波长光谱的情况；同样，样本No.4相当于使以图4B的波长光谱受光的高压放电灯(HID照明光源2：HID2)的光通过图5的光学带阻滤波器，修正为图6B的波长光谱的情况。
[表1]
| 样本No. | 前照灯的种类 | 光源的峰值数 | 滤波器屏蔽带域 | 被屏蔽的峰值数 | 障碍物的识别 | 白线的识别 |
| *1 | HID1 | 8 | 380～780 | 8 | 优 | 不可 |
| 2 | HID1 | 8 | 490～610 | 4 | 优 | 可 |
| 3 | HID1 | 8 | 530～610 | 2 | 良 | 良 |
| 4 | HID1 | 8 | 490～570 | 2 | 良减 | 良 |
| 5 | HID1 | 8 | 530～580 | 1 | 可 | 优 |
| 6 | HID2 | 4 | 550～580 | 1 | 良 | 良 |
| 7 | LED | 2 | 430～500 | 1 | 良 | 良 |
| *8 | HID1 | 8 | - | 0 | 不可 | 优 |
*号表示本发明范围外的样本。
根据表1的结果可知，没有利用光学带阻滤波器的样本No.8中，因晕光而无法确认障碍物。而且，在屏蔽了可见光区域的所有信号的样本No.1中，难以确认车辆周边，无法进行白线确认。
与之相对，在设置了仅屏蔽了多个峰值中的一部分峰值的光学带阻滤波器的样本No.2～7中，能够确认障碍物，且也能够确认白线。
本发明在不脱离其主旨或主要特征的情况下，能够通过其他各种方式来实施。因此，上述的实施方式的所有的点只不过是简单的例示，本发明的范围由权利要求的范围决定，不限定于说明书正文。并且，属于权利要求范围的变形与变更也包含在本发明的范围内。
Claims (4)
1.一种暗视装置，具备：
照明装置，其由包含高压放电灯的1或2个以上的光源构成，在可见光区域的波长光谱中具有多个峰值，发出可见光区域到红外光区域的光；
接收由该照明装置发出的光的摄像照相机；和
仅屏蔽所述多个峰值中的一部分峰值的光学带阻滤波器；
利用穿过所述光学带阻滤波器后被所述摄像照相机拍摄的图像，得到输出图像，
所述光学带阻滤波器的遮光带域在波长域490～570nm或者530～610nm。
2.根据权利要求1所述的暗视装置，其特征在于，
所述光源还具备卤化物灯。
3.一种暗视装置搭载车辆，搭载有权利要求1所述的暗视装置。
4.一种暗视装置搭载小型船舶，搭载有权利要求1所述的暗视装置。
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